1.基于Janus纳米带的荧光摩擦纳米发电机,其特征在于,利用特殊的不对称Janus纳米带结构,Janus纳米带阵列同时具有良好的电荷产生能力和电荷捕获能力,既可以作为电荷产生层又可以作为电荷捕获层,无需加入额外的电荷捕获层,以此来稳定摩擦电荷并提高荧光摩擦纳米发电机的输出性能。
2.一种如权利要求1所述的基于Janus纳米带的荧光摩擦纳米发电机的制备方法,其特征在于,采用正高压直流电源,铝制转筒作为接收装置,分别利用并行电纺技术和单轴电纺技术,制备柔性Janus纳米带阵列和复合纳米纤维膜并进一步组装成荧光摩擦纳米发电机,其步骤为:
(1)沉淀法制备Tb(BA)3phen配合物将1.8650g Tb4O7溶于15mL浓硝酸中,加热蒸干得到Tb(NO3)3晶体,加入20mL无水乙醇,配制成Tb(NO3)3的乙醇溶液;将3.6640g苯甲酸HBA和1.8000g邻菲啰啉phen加入到200mL无水乙醇中配制成混合配体溶液,在不断搅拌的情况下将Tb(NO3)3的乙醇溶液逐滴加到混合配体溶液中,再加入浓NH3·H2O调节pH为6.5‑7.0之间,加热到60℃后,反应3h,所得沉淀依次用水和乙醇洗涤3次,最后在干燥箱中60℃下干燥12h,得到Tb(BA)3phen配合物;
(2)本体聚合法制备聚甲基丙烯酸甲酯PMMA称取100g甲基丙烯酸甲酯MMA和0.1g过氧化二苯甲酰BPO,加入到带有回流装置的
250mL三颈瓶中并搅拌均匀,将上述溶液在90‑95℃的温度下剧烈搅拌并回流至溶液有一定粘度,当其粘度与甘油相近后,在继续搅拌的同时停止加热并自然冷却到室温,之后将上述溶液灌注到试管中,灌注高度为5‑7cm,灌注完毕后静置2h至试管内的溶液没有气泡,然后将上述试管转移到50℃干燥箱中放置48h,试管内的液体硬化为透明的固体,最后将干燥箱温度提高至110℃并保温2h,使聚合反应结束,然后自然冷却至室温,得到聚甲基丙烯酸甲酯PMMA;
(3)配制纺丝液
将0.03g CNTs加入到14.00g CHCl3中,常温下超声90min,然后将0.06g CSA、0.05g ANI加入到该体系中,在室温下磁力搅拌30min形成溶液1;同时将0.10g APS加入到2.00g DMF中,在室温下磁力搅拌30min,形成溶液2;将溶液1和溶液2同时放进0℃的冰箱中静置20min后,将溶液1置于冰水浴中,并将溶液2缓慢地加入溶液1中,在磁力搅拌3.5h后,将1.00g PMMA加入到该混合体系中,常温下搅拌12h,即得到纺丝液,称为纺丝液A;将0.15g Tb(BA)
3phen和1.00g PMMA加入到2.00g DMF和14.00g CHCl3的混合溶液中,在室温下磁力搅拌
12h,即得到了纺丝液,称为纺丝液B;将2.00g PVDF加入在4.00g DMF和3.00g丙酮的混合溶剂中,50℃加热下搅拌30min至PVDF完全溶解;然后向其中加入0.60g PVP并在室温下搅拌
12h,即得到了纺丝液,称为纺丝液C;
(4)并行电纺技术制备[PANI/CNTs/PMMA]//[Tb(BA)3phen/PMMA]Janus纳米带阵列将纺丝液A和纺丝液B分别转移到带有并行喷丝头的两个塑料注射器中,采用直径为‑1
10cm,长度为20cm的铝制滚筒作为接收装置,其转速为1200r·min ;在喷丝头和接收装置之间施加10kV的直流电压,接收装置与喷丝头尖端的距离为15cm,在室温下进行并行电纺获得[PANI/CNTs/PMMA]//[Tb(BA)3phen/PMMA]Janus纳米带阵列;
(5)单轴电纺技术制备PVDF/PVP复合纤维膜将纺丝液C注入到一个塑料注射器中,以一个塑料针头作为喷丝头,采用直径为10cm,‑1
长度为20cm的铝制滚筒作为接收装置,其转速为1200r·min ;在喷丝头和接收装置之间施加14kV的直流电压,接收装置与喷丝头尖端的距离为15cm,在室温下进行单轴电纺获得PVDF/PVP复合纤维膜;
(6)组装荧光摩擦纳米发电机
分别将[PANI/CNTs/PMMA]//[Tb(BA)3phen/PMMA]Janus纳米带阵列和PVDF/PVP复合纤维膜裁剪为3cm×3cm的正方形并分别在其表面粘贴等面积的Cu电极,然后利用双面胶分别将带有Cu电极的[PANI/CNTs/PMMA]//[Tb(BA)3phen/PMMA]Janus纳米带阵列和PVDF/PVP复合纤维膜固定在两块玻璃板上,组装成荧光摩擦纳米发电机;所制备的[PANI/CNTs/PMMA]//[Tb(BA)3phen/PMMA]Janus纳米带阵列的厚度为142μm,PVDF/PVP复合纤维膜的厚度为143μm,Janus纳米带的宽度为8.38±0.87μm,单根PVDF/PVP纳米纤维的直径为0.65±
0.14μm,由于Janus纳米带阵列良好的电荷产生能力与电荷捕获能力,荧光摩擦纳米发电机能够产生较高的、稳定的输出性能,最大输出电压是155V,最大输出电流是6.20μA,可以连续稳定地工作2h,循环10800圈并持续地输出约6.00μA的输出电流,实现了发明目的。